大马力矿用平地机燃油系统设计

朱洪睿，宋宗华，何明虎，闫鹏举

（徐州徐工筑路机械有限公司，江苏 徐州 221006）

燃油系统是大马力矿用平地机动力系统的核心组成部分，为其提供燃料供给。常规的矿用平地机燃油系统主要包括燃油箱、油水分离器、燃油滤清器、进回油管路、阀和一些接头等。当矿用平地机应用于不同的使用工况时，需要对燃油系统增加附属装置。如应用于大负荷高温矿区时，需要在燃油系统中增加燃油冷却装置；应用于高原、极寒矿区时，需要在燃油系统中增加燃油加热装置。大马力矿用平地机燃油系统为发动机提供动力源，其能否可靠、持续的为发动机提供燃料，直接影响着矿用平地机的有效工作和使用效率。

本文以某型号大马力矿用平地机为研究对象，分析其燃油系统的设计过程。大马力矿用平地机主要技术参数见表1。

表1 大马力矿用平地机主要技术参数

1 燃油系统的组成和工作原理

矿用大马力平地机的燃油系统主要包括：燃油箱、进回油路钢丝外编织燃油管、油水分离器、燃油滤清器、燃油精滤器、空心螺栓、接头等（见图1）。

发动机工作时，燃油通过燃油箱吸油管进入油水分离器，经过油水分离器分离油中的水，然后进入燃油粗滤器，最后进入燃油精滤器，去除燃油中的杂质。干净的油液被高压油泵加压后进入喷油器，随后喷入气缸内燃烧。输油泵、高压泵及喷油器中多余的燃油沿回油钢丝外编织管进入燃油箱。

2 燃油箱设计

图1 燃油系统组成图

燃油箱是大马力矿用平地机燃油系统中的重要组成部分，通常位于驾驶室后方发动机动力舱内。平地机工程机械燃油箱多为开式燃油箱，除了存储燃料外，还有散热、过滤等作用。燃油箱要有放油口、清洗盖、放气口等装置，放油口一般位于燃油箱液位最低点，清洗盖位于燃油箱侧面便于操作的地方，放气口位于燃油箱上部。

2.1 燃油箱容积的计算

如果把动力系统比作整机系统的核心，燃油系统则是动力系统的源头。燃油系统是发动机性能能否充分利用的关键环节，为此需要为发动机系统提供清洁的燃油。考虑到国内油品质量问题，建议在不影响进回油系统阻力的情况下，对燃油系统中增加油水分离器，采用三级燃油过滤。同时保证燃油系统的封闭性，以免进入空气，造成动力损失，甚至是熄火。本文需要对燃油箱的容积进行计算，保证动力系统供给充足。

燃油箱容积计算公式为

式中

V—燃油箱容积，L；

P—发动额定功率，kW，取值261kW；

g—发动机额定功率下比油耗，g/kWh，取值231g/kWh；

η — 效率，取值0.6 0.8；

n—工作时间，h，取值8h；

γ—柴油密度，g/cm3，取值0.85g/cm3。

带入计算即得：

故需要为该燃油系统设计至少497L的燃油容量，该型号矿用大马力平地机的燃油箱容积为600L，满足要求。

2.2 燃油箱吸油口和回油口设计

为保证平地机在坡道行驶时不出现吸空现象，吸油口要尽可能布置在燃油箱中心位置，或者布置在上部时，将吸油口处的吸油管插到油箱底部，且与底部的距离保持15mm，以防吸到油箱底部的杂质，吸油管底部做成喇叭状，便于燃油吸入。回油口要位于燃油箱的下方且要高出燃油箱最低液面15mm，回油口要与进油口保持最低300mm的水平距离，以防止回油口处的高温油液被发动机吸入，影响发动机的效率。如空间允许，尽量拉大进油口和回油口之间的距离。

2.3 油箱的液位设计

燃油箱的油位通常采用机械式油浮子传感器或者电阻型传感器2种液位设计，这2种传感器的安装方式不同。在工程机械方面，燃油箱中的机械式油浮子传感器，该传感器成本低，一般垂直安装，使用过程中容易出现变形和卡滞现象，造成假油位现象；电阻型传感器一般安装于油箱侧壁，该传感器成本高，控制精度准确。矿用大马力平地机的燃油箱设计时应以准确、可靠为原则，通常采用电阻型燃油液位计，作为其有效测量结果。

2.4 进回油管路设计

大马力矿用平地机的燃油管路要根据实际情况进行布置，燃油系统中的燃油通过燃油管路实现发动机和燃油箱之间的循环使用。从燃油箱到发动机的进油管路不能过长，否则会增加发动机的进油阻力，影响发动机的工作效率。柴油发动机使用的低压输油胶管要符合相应的国家标准，可参考JB/T8406—2008。油管的材料为橡胶，分内部氯丁橡胶软管层和外部丁腈橡胶保护层，软管性能参数见表2。对于矿用平地机来说，进回油管路需要用钢丝外编织管进行包裹，以防管路在遇到高温时发生老化、弯曲。通常对管路的管径要求不低于配套发动机参数，且管路布置要平滑、顺畅，以免增大进油、回油阻力。矿用平地机一般要求燃油输送泵进油阻力≤30kPa，回油阻力≤40kPa。各管路在条件允许的情况下尽可能固定，以增加燃油管路的可靠性。

表2 常用燃油软管性能参数

3 燃油散热器设计要点

大马力矿用平地机采用Ⅲ阶段电控发动机，对燃油系统进油温度有特殊要求，不允许超过规定值。大多数情况下，需要在发动机散热器前加装燃油散热器，但尽量避免布置于发动机散热器正中心。中心处风量最小，燃油散热效果不好，同时容易加大发动机散热器风阻，影响散热器散热效果。燃油散热器计算可参考发动机散热器散热量计算，只是将换热介质由冷却液改为柴油，改变传热系数和比热容等。

图2 三级燃油过滤布置图

燃油散热器的散热面积可按下式确定

式中

A—燃油散热器面积，m2；

Q—燃油散热量，kW；

K—燃油散热器传热系数，W/m2k；

T—热换介质算术平均温差，K。

4 燃油滤清器的选择

大马力矿用平地机通常采用三级燃油过滤，如图2所示。发动机本身为两级燃油过滤，主机厂自行加装一级油水分离燃油过滤。油水分离器带集水杯，便于观察水位，且油水分离器配带油中含水传感器，当含水量超过一定值后发出报警信息，其过滤精度小于等于25μm；燃油粗滤器的过滤精度小于等于10μm；燃油精滤器的过滤精度小于等于5μm。各燃油滤清器在安装时要避开排气等高温部位，且按照位置不宜高于燃油箱吸油口，同时留有足够的空间以便于燃油滤清器的检查和后期更换滤芯的要求。

5 结束语

大马力矿用平地机燃油系统是其整机的重要组成部分，燃油系统的合理设计不仅可以提高整机的有效工作和使用效率，更能延长整机的使用寿命。本文结合某型号大马力矿用平地机燃油系统各组成部件的特点，详细介绍了矿用平地机燃油系统各部件的组成和设计注意事项，对大马力矿用平地机燃油系统设计有一定指导意义。